紧邻地铁隧道的基坑支护实践
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[摘要]本基坑位于广州市白云区白云新城，场地西侧为已建地铁二号线隧道，隧道结构外边线距基坑开挖底边线约7.2m。为确保地铁隧道结构的安全，该侧基坑支护采用悬臂旋挖灌注桩的支护结构。经实践，该支护结构有效的限制了土体的位移，确保了地铁隧道及基坑工程的安全。
[关键字]基坑支护 灌注桩 地铁隧道 悬臂桩
[中图分类号] U25 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-248-2
1 工程概况
拟建某广场A区位于广州市白云区白云新城，设地下一层，地下建筑面积2.6万m2，基坑周长约669m，基坑开挖深度为4.5～6.1m。场地西侧为已建地铁二号线隧道，其结构外边线距基坑开挖底边线约7.2m，地铁隧道顶距地面约1.5～2.1m。该侧基坑支护深度为5.2m，基坑侧壁安全等级为一级。本基坑施工开挖对地铁隧道的影响主要是开挖土体导致应力释放造成对隧道结构的影响。一般情况下，隧道结构最大位移不能超过20mm。
2 工程地质条件
拟建场地位于广州市白云区，旧白云机场范围内。场地原始地貌为珠江三角洲冲积平原地貌单元。地表经过人工堆填，现地面相对略有起伏。地基土由人工填土（Q4ml）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）、第四系上更新统沼泽相沉积层（Q3h）、第四系残积层（Qel），场地下伏基岩为石炭系灰岩（C）。各项相关岩土指标如下：
场地内地下水根据其赋存介质和埋藏条件不同可分为两类：（1）存在于第四系上更新统冲洪积粗砂层中的孔隙水，其含水量丰富、透水性好，为强含水层。（2）存在于基岩中等风化带或溶洞中的裂隙承压水，其含水量及透水性主要受基岩裂隙及溶洞发育程度控制，埋藏较深，具微承压性。场地内地下水主要接受大气降水补给，钻探期间测得钻孔综合水位埋深0.30～5.35m。
3 支护方案选型
项目场地紧邻的地铁隧道结构为超浅埋单层双跨混凝土结构，隧道结构顶板上方覆土厚度仅为2m左右，隧道结构底板下方存在深厚土层，土层厚度和土性存在一定的差异，地层主要为冲洪积粉质粘土和残积粉质粘土，且隧道结构下方溶岩土洞不良地质作用发育，隧道结构左右侧范围主要为明挖回填层。对地铁隧道结构为明挖超浅埋单层双跨混凝土结构设计特点以及隧道周边地层特点分析表明，隧道结构周边地层不利于基坑施工过程地铁隧道结构的变形控制。基坑西侧开挖底边线与地铁隧道结构外边缘距离仅为7.2m，用于基坑支护的空间非常狭小。控制基坑变形和确保地铁隧道安全是本工程的难点和重点。因此，该侧采用悬臂排桩支护结构，排桩采用旋挖桩φ1200@1200，嵌固段10.0m，止水帷幕采用单排搅拌桩止水，搅拌桩桩径φ550，桩间距400mm，桩顶设一道冠梁，支护剖面如图1所示。
4 支护结构计算分析
4.1 支护结构设计计算
支护设计采用理正深基坑软件计算分析支护结构的内力、变形及配筋，并计算整体稳定安全系数和抗倾覆安全系数。采用弹性法计算，支护结构开挖过程所受弯矩最大值为433.25kN·m；所受剪力最大值为145.51kN；支护桩结构最大变形为11.76mm，发生在悬臂桩顶部位置。根据计算结果，排桩计算配筋量为6786mm2，实际配筋为18Ф25（HRB335）。基坑的整体稳定安全系数计算结果为2.183，抗倾覆安全系数为2.164，设计计算结果满足规范要求。
4.2 基坑开挖对地铁隧道结构影响的数值模拟分析
基坑开挖对紧邻地铁隧道结构的影响采用岩土隧道结构专用有限元分析软件MIDAS/GTS进行模拟，分析地铁隧道结构的变形和基坑支护结构的变形。
根据A区基坑工程与地铁隧道结构的位置关系，建立基坑开挖的三维有限元计算模型（图3）。基坑开挖施工模拟的主要流程为：计算初始的地应力场；施工悬臂桩支护结构；基坑开挖施工至1.0m；基坑开挖施工至2.0m；基坑开挖施工至3.5m；基坑开挖施工至5.2m。
（1）由于基坑开挖施工导致地铁隧道结构临近基坑一侧发生一定程度的水平位移以及一定程度的隆起，远离基坑一侧隧道结构发生一定程度的沉降，隧道结构的变形主要是以水平侧向位移为主。在基坑开挖施工至5.2m时，地铁隧道结构的最大水平位移量为18.1mm，最大沉降量为-3.6mm，最大总位移量为18.5mm。（2）基坑支护结构为悬臂旋挖灌注桩，悬臂桩嵌固深度范围内主要地层为冲洪积粉质粘土和残积粉质粘土，这两层土约束支护结构的变形能力相对较弱，在基坑开挖施工至5.2m时，支护结构顶部产生26mm的侧向变形，方向为向基坑内侧。
5 基坑工程施工及监测
本基坑工程在实施前制订了详细的基坑监测方案，同时，对紧邻的地铁二号线隧道结构的变形也进行了全过程的监测。监测资料结果表明，基坑工程开挖施工的全过程都在可控状态下，支护体系安全稳定，基坑开挖过程对紧邻地铁隧道结构的影响满足广州市地铁保护办公室的保护要求。
6 结论
本文结合紧邻广州地铁二号线浅埋隧道结构的某广场A区基坑工程的设计和实践，对该基坑工程的设计分析及模拟分析方法进行了介绍。基坑工程实施情况和监测结果表明：本支护设计根据项目特点选型正确，对隧道结构起到了有效的保护作用，有效保护了基坑开挖及地下室施工期间紧邻地铁隧道的安全及正常运营，可为类似的基坑支护工程提供参考和指导。
参考文献
[1]《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-2012.
[2]《建筑基坑支护工程技术规程》GDB/T15-20-97.
[3]杨光华.《深基坑支护结构的实用计算方法及其应用》.北京：地质出版社，2005.